[发明专利]基于植物仿生的污染土壤原位自持修复装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及污染土壤的修复装置和方法，特别涉及基于植物仿生，对受重金属污染、有机物污染的土壤进行原位自持修复的修复装置和方法，属于环境保护领域。

背景技术

土壤是人类赖以生存的物质基础，是人类不可缺少、不可再生的自然资源，也是人类环境的重要组成部分。土壤污染对人类的危害极大，它不仅直接导致粮食减产，而且通过食物链影响人体健康。此外，土壤中的污染物通过地下水以及污染物的转移构成对人类生存环境多个层面上的不良胁迫和危害。

目前，土壤污染的修复技术主要包括物理修复、化学修复、生物修复和综合修复等几大类，这些技术在理论和技术上都具有可行性。

1、物理修复

物理修复是指通过各种物理过程将污染物从土壤中去除或分离的技术。

2、化学修复

相对于物理修复，污染土壤的化学修复技术发展较早，主要有土壤固化稳定化技术、淋洗技术、氧化还原技术、光催化降解技术以及电动力学修复等。

3、生物修复

生物修复是当今环境保护技术领域的热点问题，也是最具挑战的研究方向之一。目前，生物修复主要包括微生物修复、植物修复，以及生物联合修复技术等。

微生物修复主要利用原土壤中的土著微生物或向污染环境补充经过驯化的高效微生物，在优化的操作条件下，通过生物还原反应修复被污染土壤。目前的微生物修复多处于室内研究阶段。

植物修复技术包括利用超积累或积累性功能的植物吸取修复、利用植物根系控制污染扩散和恢复生态功能的植物稳定修复、利用植物代谢功能的植物降解修复、利用植物转化功能的植物挥发修复、利用植物根系吸附的植物过滤修复等技术。

以上有关污染土壤（重金属，有机物污染等）的修复技术，已取得系统工程的共识，但是综合修复工程仍不成熟，尚存在技术局限性，比如物理修复会对土壤理化性质造成改变，影响循环使用，化学修复的工程成本较高，处理效率受限，微生物修复难以大规模应用，局限于实验室范围；植物修复受限于气候环境、植物生长周期、植物耐受度等问题。因此亟需开发一种成本低廉、快速高效、操作简便的污染土壤修复技术。

发明内容

针对目前土壤修复技术的不足，本发明通过模拟植物蒸腾作用，提供了一种成本低廉、能够实现自我持续、操作简便、快速高效、可回收利用，同时对土壤理化性质扰动较小、气候依赖性较低的污染土壤原位自持修复装置和方法（简称为PTSAS修复技术）。

本发明的上述目的可采用以下技术方案实现。

本发明所述的修复装置是一种类似于植物结构的装置，含有与植物根系功能类似的具有毛细现象的主体与填料、与植物叶片功能类似的可产生蒸腾作用的蒸发器。具体而言，主要包括如下部件：主体、填料、蒸发器和配件；主体为采用高分子疏水材料、亲水性多孔陶瓷管或绿色环保生物质材料等制成的中空管件；所述填料为具有多孔状结构的高效吸附剂、土壤钝化剂、生物质废料或纳米功能性材料等，紧密填充于主体管件中，依靠配件支撑住填料，可在装置中产生毛细现象；蒸发器为具有比表面积的材料制品，安置于主体管件上部，使水汽从主体通过蒸发器散发，在装置顶端产生蒸腾作用；配件为支撑网或其他固定支撑材料，主要是安装其他部件的支撑材料。

主体主要对整个装置起支撑作用，因此管件主要选择具有承压、抗冲击性的材料制品，可选用聚丙烯、亚克力、聚氯乙烯等高分子疏水材料制品，也可利用亲水性多孔陶瓷管，或绿色环保生物质材料制品，如竹竿等；主体可以是任意尺寸和任意形状的中空管件，根据土壤污染程度和需处理的土壤面积调整尺寸。

填料具有多孔状结构，紧密填放在管件中会产生毛细现象，带动水分或溶液向上。填料用于吸附、钝化来自土壤的可溶性污染物，并截留于修复装置中，因此选用可以吸附、钝化土壤中可溶性污染物的材料，以高效吸附剂、土壤钝化剂、生物质废料、纳米功能性材料等为主，如工业活性炭，生物质活性炭（秸秆炭、棉秆炭）、草木灰、阳离子交换树脂、坡缕石、海泡石、高岭土、纳米级羟基磷灰石等；吸附剂可以对污染物进行富集（去除）吸附，钝化剂可以对污染物中的重金属进行截留，改变污染物形态。

蒸发器采用具有比表面积的材料制成，能够促进水分蒸发，同时产生顶端蒸腾拉力，加速水分携带可溶性污染物从土壤溶液向修复装置迁移，所以蒸发器一般选用亲水性、蓬松状、并且具有较大比表面积的纤维质材料制成，如：棉纱、粘胶纤维、纺织废料等；蒸发器比表面积的大小直接影响蒸发速率，因此比表面积越大越好。蒸发器形状可以是圆柱形、条形或其他形状。